JP2004134723A - 半導体ウェハの熱処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように熱処理を行うことができる半導体ウェハの熱処理装置と熱処理方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する加熱板１０と、加熱板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を加熱処理するときの温度を複数の領域に分割して測定する温度測定部１３と、半導体ウェハの温度を制御する制御部１２とを有し、温度測定部１３による温度の測定結果に応じて制御部１２により半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域毎に制御する構成とする。また、加熱処理後の冷却時において、温度測定部による温度の測定結果に応じて制御部により半導体ウェハを冷却するときの温度を複数の領域毎に制御する構成とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェハの熱処理装置および熱処理方法に関し、特に化学増幅型のレジスト膜のＰＥＢ（ｐｏｓｔ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｂａｋｅ）処理工程などの半導体装置の製造工程において用いられる半導体ウェハの熱処理装置および熱処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、フォトレジスト膜をパターン形成するフォトリソグラフィ技術は半導体装置のさらなる微細化を実現するために益々重要な技術となってきている。
【０００３】
例えば、化学増幅型のレジスト膜の場合、レジスト膜の露光処理の後、現像処理を行う前に、ＰＥＢ処理と呼ばれる熱処理を行う。これは、露光された領域に発生した酸を熱処理により増幅し、露光線幅を得るためのものである。
【０００４】
図５は、上記のＰＥＢ処理などの熱処理を行うための熱処理装置の模式構成図である。
例えば化学増幅型のレジスト膜が形成され、所定のパターンに露光された半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する加熱板１００に、例えば７つの領域に分割されたヒータ１０１が内蔵されている。
各ヒータ１０１には温度設定ができる電源スイッチ１０２が接続されており、スイッチを入れることにより加熱板が設定温度（例えば１３０℃）に加熱される。
【０００５】
上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施すには、例えば電源スイッチ１０２において設定温度を１３０℃とし、スイッチを入れて設定温度まで加熱された状態の加熱板１００上に露光後の半導体ウェハを戴置して、半導体ウェハに所定時間の熱処理を施す。熱処理時間は、例えば９０秒とする。
そして、この熱処理時間の経過後には、半導体ウェハを６０〜９０秒間冷却して略２３℃の常温にする（下記特許文献１参照）。この際、加熱板１００から水冷管を内蔵する不図示の冷却板上に半導体ウェハを移動させることで、半導体ウェハを冷却する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３８９３号公報（特に段落番号００３３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の熱処理装置を用いてＰＥＢ処理を行う場合、ＰＥＢ処理を行った結果生じるレジスト膜の線幅について、これまでは線幅のばらつき許容度が大きかったために、ＰＥＢ処理の温度のばらつきは特に考慮されておらず、半導体ウェハの面内での線幅制御性に問題があった。特に０．１μｍ世代以降の微細化に向けて、上記の従来の熱処理装置では線幅のばらつきを抑制できないという問題が顕著になってきている。
【０００８】
例えば、図６はＰＥＢ処理における温度ばらつきのプロファイルであり、縦軸は温度ばらつきの大きさ、横軸は処理時間を示す。
０〜約２０秒のＰＥＢ処理の初期における温度ばらつきは、所定温度へ昇温するときの温度ばらつきであり、９０秒以降における温度ばらつきはＰＥＢ処理温度から冷却するときの温度ばらつきである。
【０００９】
図７（ａ）〜（ｃ）は、半導体ウェハの各位置で測定したＰＥＢ処理中における温度をプロットした図であり、図７（ａ）は０〜約２０秒の昇温期間、図７（ｂ）は約２０〜９０秒までの所定のＰＥＢ処理温度に安定している期間、図７（ｃ）は９０秒以降の冷却期間をそれぞれ示している。
半導体ウェハの中心部から外周部にわたって測定し、それぞれの測定点を全てプロットしているので、プロファイルは温度のばらつきに相当する幅を持っている。
例えば、昇温期間における温度ばらつきの幅は２１．２℃あり、昇温しきった直後のオーバーシューティング領域の温度ばらつきの幅は１．５６℃、ＰＥＢ処理の終了時点（９０秒）での温度安定領域では温度ばらつきの幅は０．２℃である。また、冷却期間における温度ばらつきの幅は昇温期間よりも大きくなっている。
【００１０】
例えば、図７（ａ）の昇温期間においては半導体ウェハの中心部よりも外周部の方が温度が高くなり、図７（ｃ）の冷却期間においては半導体ウェハの外周部よりも中心部の方が温度が高くなる傾向にある。
以上のように、ＰＥＢ処理においては、半導体ウェハの面内で処理温度のばらつきがあり、特に処理の昇温期間と冷却期間においてばらつきが大きくなることがわかる。
【００１１】
図８（ａ）は、７０ｎｍの線幅の孤立パターンにおいて、ＰＥＢ処理温度が最も高い温度を取った場合の線幅と最も低い温度を取った場合の線幅（ＣＤ（ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）値）をシミュレーションにより求めたものであり、適正なドーズ量において、線幅の差は６．８ｎｍに達する。
また、図８（ｂ）は、９０ｎｍの線幅のライン・スペースのパターンにおいて、ＰＥＢ処理温度が最も高い温度を取った場合の線幅と最も低い温度を取った場合の線幅（ＣＤ値）をシミュレーションにより求めたものであり、適正なドーズ量において、線幅の差は９．９ｎｍに達する。
【００１２】
上記のように、従来方法でのＰＥＢ処理においては、半導体ウェハの面内でのＰＥＢ処理温度のばらつきが大きく、ばらつきを抑制して熱処理を行うことが望まれている。
【００１３】
また、ＰＥＢ処理に限らず、例えばレジスト膜の成膜後にレジスト膜中の溶剤を蒸発させるプリベーク処理などのレジスト膜に対するその他の熱処理、あるいは加熱板を用いて行う半導体ウェハに対する熱処理に対しても、同様に半導体ウェハの面内でのばらつきを抑制して熱処理を行うことが望まれている。
【００１４】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、従って本発明の目的は、半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように熱処理を行うことができる半導体ウェハの熱処理装置と、熱処理方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る半導体ウェハの熱処理装置は、半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する加熱板と、前記加熱板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を加熱処理するときの温度を複数の領域に分割して測定する温度測定部と、前記半導体ウェハの温度を制御する制御部とを有し、前記温度測定部による温度の測定結果に応じて前記制御部により前記半導体ウェハを加熱するときの温度を前記複数の領域毎に制御する。
【００１６】
また、上記の目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る半導体ウェハの熱処理装置は、半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する加熱板と、前記所定の温度に加熱処理された前記半導体ウェハを冷却する冷却板と、前記冷却板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定する温度測定部と、前記半導体ウェハの温度を制御する制御部とを有し、前記温度測定部による温度の測定結果に応じて前記制御部により前記半導体ウェハを冷却するときの温度を前記複数の領域毎に制御する。
【００１７】
また、上記目的を達成するための本発明の第３の観点に係る半導体ウェハの熱処理装置は、上述した第１の観点と第２の観点とに係る半導体半導体ウェハの熱処理装置が備えた部材の両方を備えている。
【００１８】
また、上記の目的を達成するため、本発明の第４の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法は、半導体ウェハを加熱処理する半導体ウェハの熱処理方法であって、加熱板上に半導体ウェハ相当物を戴置し、前記半導体ウェハ相当物を加熱するときの温度を複数の領域に分割して測定する工程と、前記加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記温度の測定結果に応じて前記半導体ウェハを加熱するときの温度を前記複数の領域毎に制御しながら前記半導体ウェハを加熱処理する工程とを有する。
【００１９】
また、上記の目的を達成するため、本発明の第５の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法は、半導体ウェハを加熱処理する半導体ウェハの熱処理方法であって、加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域に分割して測定し、前記温度の測定結果に応じて前記半導体ウェハを加熱するときの温度を前記複数の領域毎に制御しながら前記半導体ウェハを加熱処理する。
【００２０】
また、上記の目的を達成するため、本発明の第６の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法は、半導体ウェハを加熱処理した後に冷却する半導体ウェハの熱処理方法であって、冷却板上に所定の温度に加熱された半導体ウェハ相当物を戴置し、前記半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定する工程と、加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを前記所定の温度に加熱処理する工程と、前記冷却板上に前記所定の温度に加熱された半導体ウェハを戴置し、前記温度の測定結果に応じて前記半導体ウェハを冷却するときの温度を前記複数の領域毎に制御しながら前記半導体ウェハを冷却する工程とを有する。
【００２１】
また、上記の目的を達成するため、本発明の第７の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法は、半導体ウェハを加熱処理した後に冷却する半導体ウェハの熱処理方法であって、加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する工程と、冷却板上に前記所定の温度に加熱された前記半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定し、前記温度の測定結果に応じて前記半導体ウェハを冷却するときの温度を前記複数の領域毎に制御しながら前記半導体ウェハを冷却する工程とを有する。
【００２２】
そして、上記の目的を達成するため、本発明の第８の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法は、半導体ウェハを加熱処理した後に冷却する半導体ウェハの熱処理方法であり、加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを領域毎に温度制御しながら加熱する工程と、前記加熱された半導体ウェハを冷却板上に戴置し、前記半導体ウェハを領域毎に温度制御しながら冷却する工程とを有する。
【００２３】
上記の本発明の第１の観点に係る半導体ウェハの熱処理装置の作用は、加熱板により半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する際に、温度測定部により加熱板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を加熱処理するときの温度を複数の領域に分割して測定し、この温度の測定結果に応じて制御部により半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域毎に制御する。
【００２４】
上記の本発明の第２の観点に係る半導体ウェハの熱処理装置の作用は、加熱板により半導体ウェハを所定の温度に加熱処理した後、冷却板により冷却する際に、温度測定部により冷却板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定し、この温度の測定結果に応じて制御部により半導体ウェハを冷却するときの温度を複数の領域毎に制御する。
【００２５】
上記の本発明の第３の観点に係る半導体ウェハの熱処理装置の作用は、加熱板により半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する際、および、冷却板により半導体ウェハを冷却する際の半導体ウェハの温度が、複数に領域毎に制御される。
【００２６】
上記の本発明の第４の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法の作用は、半導体ウェハを加熱処理する半導体ウェハの熱処理する際に、加熱板上に半導体ウェハ相当物を戴置し、半導体ウェハ相当物を加熱するときの温度を複数の領域に分割して測定し、次に、加熱板上に半導体ウェハを戴置し、温度の測定結果に応じて半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域毎に制御しながら半導体ウェハを加熱処理する。
【００２７】
上記の本発明の第５の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法の作用は、半導体ウェハを加熱処理する半導体ウェハの熱処理する際に、加熱板上に半導体ウェハを戴置し、半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域に分割して測定し、温度の測定結果に応じて半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域毎に制御しながら半導体ウェハを加熱処理する。
【００２８】
上記の本発明の第６の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法の作用は、加熱板により半導体ウェハを所定の温度に加熱処理した後、冷却板により冷却する際に、冷却板上に所定の温度に加熱された半導体ウェハ相当物を戴置し、半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定し、次に、加熱板上に半導体ウェハを戴置し、半導体ウェハを所定の温度に加熱処理し、次に、冷却板上に所定の温度に加熱された半導体ウェハを戴置し、温度の測定結果に応じて半導体ウェハを冷却するときの温度を複数の領域毎に制御しながら半導体ウェハを冷却する。
【００２９】
上記の本発明の第７の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法の作用は、加熱板により半導体ウェハを所定の温度に加熱処理した後、冷却板により冷却する際に、加熱板上に半導体ウェハを戴置し、半導体ウェハを所定の温度に加熱処理し、次に、冷却板上に所定の温度に加熱された半導体ウェハを戴置し、半導体ウェハを冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定し、温度の測定結果に応じて半導体ウェハを冷却するときの温度を複数の領域毎に制御しながら半導体ウェハを冷却する。
【００３０】
上記の本発明の第８の観点に係る半導体ウェハの熱処理方法では、複数の領域毎に温度制御しながら加熱された半導体ウェハが、複数の領域毎に温度制御しながら冷却される。このため、加熱から冷却までの一連の過程において、複数の領域毎に温度制御がなされた半導体ウェハの熱処理が行われる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３２】
第１実施形態
本実施形態にかかる半導体ウェハの熱処理装置および熱処理方法について説明する。
図１は、本実施形態に係る熱処理装置の模式構成図である。
半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する加熱板１０と、加熱板１０上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を加熱処理するときの温度を複数の領域に分割して測定する温度測定部１３と、半導体ウェハの温度を制御する制御部１２とを有する。
【００３３】
加熱板１０は、例えば複数（例えば７つ）の領域に応じて分割されているヒータ１１が内蔵されている。
【００３４】
温度測定部１３は、例えば、ダミーの半導体ウェハに埋め込まれた熱電対であり、この半導体ウェハ相当物であるダミーの半導体ウェハを加熱板１０上に戴置して加熱処理するときの温度を、加熱板１０のヒータの分割領域に対応する複数の領域に分割して測定することができる。
または、温度測定部１３は、半導体ウェハを加熱板１０上に戴置して加熱処理するときの温度を実時間で測定する構成であってもよい。この場合の温度測定部１３は、加熱板１０上に載置された半導体ウェハの各領域の温度を測定可能なものであれば良く、例えば加熱板１０のヒータ分割領域毎に埋め込まれた熱電対であり、半導体ウェハを加熱板１０上に戴置して加熱処理するときの温度を、加熱板１０のヒータの分割領域に対応する複数の領域に分割して測定することができる。
【００３５】
制御部１２は、加熱板１０において加熱する温度を設定するとともに、加熱板１０上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を加熱処理するときの温度を温度測定部１３により複数の領域に分割して測定した測定結果に応じて、半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域毎に制御する。
【００３６】
例えば、加熱板１０において半導体ウェハを加熱処理する前に、半導体ウェハ相当物である熱電対が埋め込まれたダミーの半導体ウェハを加熱板１０により加熱して、このときの温度を熱電対により測定しておく。
加熱板において半導体ウェハを加熱処理するときに、温度測定部による温度の測定結果に応じて、制御部により加熱板１０中のヒータの温度を調節し、半導体ウェハの温度を複数の領域毎に制御しながら加熱処理を行う。
【００３７】
上記の制御部１２による温度の制御方法としては、例えば、温度測定部１３による温度の測定結果に対して許容幅を設けておき、温度が許容幅内に収まるように制御部により半導体ウェハの温度を複数の領域毎に制御する。
上記の温度の測定時間毎の許容幅としては、例えば加熱温度毎あるいは測定時間毎に設定する。この許容幅を逸脱した場合には、加熱板１０の各分割領域に内蔵されているヒータ１１の温度を調節する。
例えば、１３０℃で９０秒間のＰＥＢ処理を行う場合に、測定時間毎に温度の許容幅を設定するには、ＰＥＢ処理開始５〜２０秒の昇温期、２５〜９０秒の温度の安定期、９５秒以降の降温期に対して、下記の表１に示すような許容幅とする。
【００３８】
【表１】

【００３９】
また、本実施形態の熱処理装置は、例えば冷水管を内蔵する不図示の冷却板を有しており、上記の加熱板による熱処理が終了した半導体ウェハは、速やかに冷却板上に移動され、冷却される。
【００４０】
上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法について説明する。
まず、所定温度（例えば１３０℃）に加熱された加熱板上に、複数の領域に分割して熱電対が埋め込まれたダミーの半導体ウェハ（半導体ウェハ相当物）を戴置し、このときの各領域毎の昇温の様子を熱電対により測定する。上記の温度の測定結果から、実際に半導体ウェハを熱処理するときに温度ばらつきが抑制されるような加熱条件として、例えば加熱板に埋め込まれているヒータの温度調節条件を求める。
次に、例えば化学増幅型のレジスト膜が成膜され、露光処理がなされた半導体ウェハを加熱板上に戴置し、上記の温度の測定結果から求められた加熱条件（温度調節条件）により半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域毎に制御しながら、半導体ウェハに所定時間の加熱処理を行う。
次に、熱処理時間の経過後に、水冷管を内蔵する不図示の冷却板上に半導体ウェハを移動させることで、半導体ウェハを冷却する。
以上のようにしてＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００４１】
また、上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法としては、下記のように行うこともできる。
まず、所定温度（例えば１３０℃）に加熱された加熱板上に、例えば化学増幅型のレジスト膜が成膜され、露光処理がなされた半導体ウェハを戴置し、このときの半導体ウェハの複数に分割された各領域毎の昇温の様子を温度測定部により測定し、この温度の測定結果から温度ばらつきが抑制されるような加熱条件を求め、この加熱条件により温度を複数の領域毎に制御しながら、半導体ウェハに所定時間の加熱処理を行う。この際、半導体ウェハ相当物であるダミーの半導体ウェハに埋め込まれた熱電対ではなく、加熱板上に載置した半導体ウェハの各領域の温度を、温度測定部によって測定する。
次に、熱処理時間の経過後に、水冷管を内蔵する不図示の冷却板上に半導体ウェハを移動させることで、半導体ウェハを冷却する。
以上のようにしてＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００４２】
上記の本実施形態に係る半導体ウェハの熱処理装置と、これを用いた熱処理方法によれば、半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように、熱処理（ＰＥＢ処理）を行うことができる。
【００４３】
第２実施形態
図２（ａ）は本実施形態に係る熱処理装置の模式構成図であり、図２（ｂ）は加熱板部分の断面図である。
加熱板１０は、第１実施形態と同様に例えば複数（例えば７つ）の領域に応じて分割されているヒータ１１が内蔵されており、さらに、加熱板１０に対向して複数の領域毎に冷却ガス１５を吹き出すガス吹き出し口１４が設けられている。
【００４４】
制御部１２は、加熱板１０において加熱する温度を設定するとともに、加熱板１０上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を加熱処理するときの温度を温度測定部１３により複数の領域に分割して測定した測定結果に応じて、第１実施形態と同様に、制御部により加熱板１０中のヒータの温度を調節し、さらに、個々の吹き出し口１４から半導体ウェハＷに吹き出される冷却ガス１５の流量を制御して、半導体ウェハの温度を複数の領域毎に制御しながら加熱処理を行う構成となっている。加熱パターンと各吹き出し口から吹き出される冷却ガスの流れを同期させることにより、温度ばらつきの大きい領域へ冷却効率を高めた冷却ガスを吹き出すことで温度ばらつきを補正する。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法について説明する。
まず、所定温度（例えば１３０℃）に加熱された加熱板上に、複数の領域に分割して熱電対が埋め込まれたダミーの半導体ウェハを戴置し、このときの各領域毎の昇温の様子を熱電対により測定する。上記の温度の測定結果から、実際に半導体ウェハを熱処理するときに温度ばらつきが抑制されるような加熱条件として、例えば加熱板に埋め込まれているヒータの温度調節条件およびガス吹き出し口から吹き出す冷却ガスの流量条件を求める。
次に、例えば化学増幅型のレジスト膜が成膜され、露光処理がなされた半導体ウェハを加熱板上に戴置し、上記の温度の測定結果から求められた加熱条件により半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域毎に制御しながら、半導体ウェハに所定時間の加熱処理を行う。
次に、熱処理時間の経過後に、水冷管を内蔵する不図示の冷却板上に半導体ウェハを移動させることで、半導体ウェハを冷却する。
以上のようにしてＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００４６】
また、上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法としては、下記のように行うこともできる。
まず、所定温度（例えば１３０℃）に加熱された加熱板上に、例えば化学増幅型のレジスト膜が成膜され、露光処理がなされた半導体ウェハを戴置し、このときの半導体ウェハの複数に分割された各領域毎の昇温の様子を温度測定部により測定し、この温度の測定結果から温度ばらつきが抑制されるようなヒータの温度調節条件および冷却ガスの流量条件などの加熱条件を求め、この加熱条件により温度を複数の領域毎に制御しながら、半導体ウェハに所定時間の加熱処理を行う。この際、半導体ウェハ相当物であるダミーの半導体ウェハに埋め込まれた熱電対ではなく、加熱板上に載置した半導体ウェハの各領域の温度を、温度測定部によって測定する。
次に、熱処理時間の経過後に、水冷管を内蔵する不図示の冷却板上に半導体ウェハを移動させることで、半導体ウェハを冷却する。
以上のようにしてＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００４７】
上記の本実施形態に係る半導体ウェハの熱処理装置と、これを用いた熱処理方法によれば、半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように熱処理（ＰＥＢ処理）を行うことができる。
【００４８】
第３実施形態
本実施形態にかかる半導体ウェハの熱処理装置および熱処理方法について説明する。
図３は、本実施形態に係る熱処理装置の要部の模式構成図である。
半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する不図示の加熱板と、所定の温度に加熱処理された半導体ウェハを冷却する冷却板２０と、冷却板２０上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定する温度測定部２３と、半導体ウェハの温度を制御する制御部２２とを有する。
【００４９】
加熱板は、例えば第１および第２実施形態と同様に、例えば複数（例えば７つ）の領域に分割されているヒータ１１が内蔵されて、さらに加熱板に対向して冷却ガスの吹き出し口が各領域毎に設けられている構成とすることができる。また、加熱板部分に温度測定部が設けられており、加熱板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を加熱処理するときの温度を温度測定部により複数の領域に分割して測定した測定結果に応じて、半導体ウェハの温度を制御して加熱処理する構成とすることができる。
【００５０】
冷却板２０は、例えば複数（例えば７つ）の領域に応じて分割されている冷却管（水冷管）２１が内蔵されている。
【００５１】
温度測定部２３は、例えば、ダミーの半導体ウェハに埋め込まれた熱電対であり、この半導体ウェハ相当物であるダミーウェハを所定の加熱温度に加熱した後、冷却板２０上に戴置して冷却するときの温度を、冷却板２０の冷却管の分割領域に対応する複数の領域に分割して測定することができる。
または、温度測定部２３は、所定の加熱温度に加熱された半導体ウェハを冷却板２０上に戴置して冷却するときの温度を実時間で測定する構成であってもよい。この場合の温度測定部２３は、冷却板２０上に載置された半導体ウェハの各領域の温度を測定可能なものであれば良く、例えば冷却板２０のヒータ分割領域毎に埋め込まれた熱電対であり、半導体ウェハを冷却板２０上に戴置して加熱処理するときの温度を、冷却板２０のヒータの分割領域に対応する複数の領域に分割して測定することができる。
【００５２】
制御部２２は、冷却板２０において冷却する温度を設定するとともに、冷却板２０上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を温度測定部２３により複数の領域に分割して測定した測定結果に応じて、半導体ウェハを冷却するときの温度を複数の領域毎に制御する。
【００５３】
例えば、冷却板２０において半導体ウェハを冷却する前に、半導体ウェハ相当物である熱電対が埋め込まれたダミーの半導体ウェハを所定の加熱温度に加熱した後、冷却板２０により冷却して、このときの温度を熱電対により測定しておく。
冷却板において半導体ウェハを冷却するときに、温度測定部による温度の測定結果に応じて、制御部により冷却板２０中の冷却管の温度などを調節し、半導体ウェハの温度を複数の領域毎に制御しながら冷却する。
【００５４】
上記の制御部２２による温度の制御方法としては、例えば、温度測定部２３による温度の測定結果に対して許容幅を設けておき、温度が許容幅内に収まるように制御部により半導体ウェハの温度を複数の領域毎に制御する。
上記の温度の測定時間毎の許容幅としては、例えば所定の加熱温度毎あるいは処理時間毎に設定する。この許容幅を逸脱した場合には、冷却板２０の各分割領域に内蔵されている冷却管２１の温度などを調節する。
【００５５】
上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法について説明する。
まず、複数の領域に分割して熱電対が埋め込まれたダミーの半導体ウェハを所定温度（例えば１３０℃）に加熱し、これを所定温度（例えば約２０℃）に設定された冷却板上に戴置し、このときの各領域毎の降温の様子を熱電対により測定する。上記の温度の測定結果から、実際に半導体ウェハを冷却するときに温度ばらつきが抑制されるような冷却条件として、例えば冷却板に埋め込まれている冷却管の温度調節条件を求める。
次に、例えば化学増幅型のレジスト膜が成膜され、露光処理がなされた半導体ウェハを加熱板上に戴置し、所定時間の加熱処理を行う。
次に、加熱処理を施された半導体ウェハを冷却板上に移動させ、上記の温度の測定結果から求められた冷却条件により複数の領域毎に温度を制御しながら半導体ウェハを冷却する。
以上のようにしてＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００５６】
また、上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法としては、下記のように行うこともできる。
まず、所定温度（例えば１３０℃）に加熱された加熱板上に、例えば化学増幅型のレジスト膜が成膜され、露光処理がなされた半導体ウェハを戴置し、所定時間の加熱処理を行う。
次に、所定温度（例えば約２０℃）に設定された冷却板上に加熱処理を施された半導体ウェハを移動させ、このときの半導体ウェハの複数に分割された各領域毎の降温の様子を温度測定部により測定し、この温度の測定結果から温度ばらつきが抑制されるような冷却条件を求め、この冷却条件により温度を複数の領域毎に制御しながら、半導体ウェハを冷却する。この際、半導体ウェハ相当物であるダミーの半導体ウェハに埋め込まれた熱電対ではなく、冷却板上に載置した半導体ウェハの各領域の温度を、温度測定部によって測定する。
以上のようにしてＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００５７】
上記の本実施形態に係る半導体ウェハの熱処理装置と、これを用いた熱処理方法によれば、半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように熱処理（ＰＥＢ処理）を行うことができる。
【００５８】
第４実施形態
図４（ａ）は本実施形態に係る熱処理装置の模式構成図であり、図４（ｂ）は冷却板部分の断面図である。
加熱板は第１および第２実施形態と同様の構成とすることができる。
【００５９】
冷却板２０は、第３実施形態と同様に例えば複数（例えば７つ）の領域に応じて分割されている冷却管（水冷管）２１が内蔵されており、さらに、冷却板２０に対向して複数の領域毎に冷却ガス２５を吹き出すガス吹き出し口２４が設けられている。
【００６０】
制御部２２は、冷却板２０において冷却する温度を設定するとともに、冷却板２０上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を温度測定部２３により複数の領域に分割して測定した測定結果に応じて、第３実施形態と同様に、制御部により冷却板２０中の冷却管の温度を調節し、さらに、個々の吹き出し口２４から半導体ウェハＷに吹き出される冷却ガス２５の流量を制御して、半導体ウェハの温度を複数の領域毎に制御しながら冷却する構成となっている。
その他の構成は、第３実施形態と同様である。
【００６１】
上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法について説明する。
まず、複数の領域に分割して熱電対が埋め込まれたダミーの半導体ウェハを所定温度（例えば１３０℃）に加熱し、これを所定温度（例えば約２０℃）に設定された冷却板上に戴置し、このときの各領域毎の降温の様子を熱電対により測定する。上記の温度の測定結果から、実際に半導体ウェハを冷却するときに温度ばらつきが抑制されるような冷却条件として、例えば冷却板に埋め込まれている冷却管の温度調節条件およびガス吹き出し口から吹き出す冷却ガスの流量条件を求める。
次に、例えば化学増幅型のレジスト膜が成膜され、露光処理がなされた半導体ウェハを加熱板上に戴置し、所定時間の加熱処理を行う。
次に、加熱処理を施された半導体ウェハを冷却板上に移動させ、上記の温度の測定結果から求められた冷却条件により複数の領域毎に温度を制御しながら半導体ウェハを冷却する。
以上のようにしてＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００６２】
また、上記の熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法としては、下記のように行うこともできる。
まず、所定温度（例えば１３０℃）に加熱された加熱板上に、例えば化学増幅型のレジスト膜が成膜され、露光処理がなされた半導体ウェハを戴置し、所定時間の加熱処理を行う。
次に、所定温度（例えば約２０℃）に設定された冷却板上に加熱処理を施された半導体ウェハを移動させ、このときの半導体ウェハの複数に分割された各領域毎の降温の様子を温度測定部により測定し、この温度の測定結果から温度ばらつきが抑制されるような冷却管の温度調節条件および冷却ガスの流量条件などの冷却条件を求め、この冷却条件により温度を複数の領域毎に制御しながら、半導体ウェハを冷却する。この際、半導体ウェハ相当物であるダミーの半導体ウェハに埋め込まれた熱電対ではなく、冷却板上に載置した半導体ウェハの各領域の温度を、温度測定部によって測定する。
以上のようにしてＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００６３】
上記の本実施形態に係る半導体ウェハの熱処理装置と、これを用いた熱処理方法によれば、半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように熱処理（ＰＥＢ処理）を行うことができる。
【００６４】
第５実施形態
上記の第１〜第４実施形態においては、半導体ウェハの加熱処理において温度のばらつきを抑制するように制御する方法について説明しているが、例えば化学増幅型のレジスト膜の線幅のばらつきを抑制するために、温度のばらつきを抑制するのではなく、むしろ温度分布を持たせて、あるいは、加熱時間を可変とすることにより、線幅のばらつきを抑制することも可能である。
この場合においても、上記の第１〜第４実施形態に係る熱処理装置を用いて、領域毎に分割して、温度分布や加熱時間を制御することができる。
【００６５】
本発明は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、第２および第４実施形態においては、ヒータあるいは冷却管の温度調節と、冷却ガスの吹き出しとを同時に行っているが、冷却ガスの吹き出しのみで温度のばらつきを抑制してもよい。
【００６６】
また、第１〜第５実施形態に記載の構成および方法を適宜組み合わせて実施することも可能である。
この場合、半導体ウェハの熱処理装置としては、第１実施形態または第２実施形態の熱処理装置と、第３実施形態または第４実施形態の熱処理装置とを組み合わせた熱処理装置が構成される。
【００６７】
そして、このように組み合わされた熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法としては、先ず、第１実施形態または第２実施形態のいずれか一方で説明したように、加熱板上に半導体ウェハを戴置して当該半導体ウェハを領域毎に温度制御しながら加熱処理を行った後、第３実施形態または第４実施形態のいずれか一方で説明したように、半導体ウェハを冷却板上に戴置し当該半導体ウェハを領域毎に温度制御しながら冷却する。そして、このようなＰＥＢ処理がなされた半導体ウェハは、現像処理を施された後、さらに以降の工程が行われる。
【００６８】
また、このように組み合わされた熱処理装置を用いて半導体ウェハにＰＥＢ処理を施す熱処理方法を行う場合、半導体ウェハの各領域における温度の積分値が所定の許容値内に収まるように、加熱および冷却の際の温度制御が行われることとする。
【００６９】
このような構成の半導体ウェハの熱処理装置と、これを用いた熱処理方法によれば、加熱とその後の冷却とにおいて、半導体ウェハの各領域における温度が制御されるため、半導体ウェハの各領域に加わる熱エネルギーが、上述した第１〜第４実施形態と比較してより平均化される。したがって、さらに確実に半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように熱処理（ＰＥＢ処理）を行うことが可能になる。
【００７０】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の半導体ウェハの熱処理装置によれば、半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように熱処理を行うことができる。
【００７２】
また、本発明の半導体ウェハの熱処理方法によれば、本発明の半導体ウェハの熱処理装置を用いて、半導体ウェハの面内での線幅などのばらつきを抑制するように熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１実施形態に係る熱処理装置の模式構成図である。
【図２】図２（ａ）は第２実施形態に係る熱処理装置の模式構成図であり、図２（ｂ）は加熱板部分の断面図である。
【図３】図３は第３実施形態に係る熱処理装置の要部の模式構成図である。
【図４】図４（ａ）は第４実施形態に係る熱処理装置の模式構成図であり、図４（ｂ）は冷却板部分の断面図である。
【図５】図５は従来例に係る熱処理装置の模式構成図である。
【図６】図６は従来例のＰＥＢ処理における温度ばらつきのプロファイルである。
【図７】図７（ａ）〜（ｃ）は、従来例において半導体ウェハの各位置で測定したＰＥＢ処理中における温度をプロットした図である。
【図８】図８（ａ）は７０ｎｍの線幅の孤立パターンにおいて、図８（ｂ）は９０ｎｍの線幅のライン・スペースのパターンにおいて、それぞれＰＥＢ処理温度が最も高い温度を取った場合の線幅と最も低い温度を取った場合の線幅をシミュレーションにより求めた図である。
【符号の説明】
１０…加熱板、１１…ヒータ、１２…制御部、１３…温度測定部、１４…ガス吹き出し口、１５…冷却ガス、２０…冷却板、２１…冷却管、２２…制御部、２３…温度測定部、２４…ガス吹き出し口、２５…冷却ガス、１００…加熱板、１０１…ヒータ、１０２…電源スイッチ

Claims (21)

1. 半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する加熱板と、
   前記加熱板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を加熱処理するときの温度を複数の領域に分割して測定する温度測定部と、
   前記半導体ウェハの温度を制御する制御部と
   を有し、
   前記温度測定部による温度の測定結果に応じて前記制御部により前記半導体ウェハを加熱するときの温度を前記複数の領域毎に制御する
   半導体ウェハの熱処理装置。
2. 前記加熱板に、前記複数の領域に応じて分割されているヒータが内蔵されており、
   前記制御部により個々の前記ヒータ毎に温度制御して、前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御する
   請求項１に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
3. 前記加熱板に対向して複数の領域毎に冷却ガスを吹き出すガス吹き出し口が設けられており、
   前記制御部により個々の前記吹き出し口から前記半導体ウェハに吹き出される前記冷却ガスの流量を制御して、前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御する
   請求項１に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
4. 前記温度の測定結果に対して許容幅が設けられており、前記温度が前記許容幅内に収まるように前記制御部により前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御する
   請求項１に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
5. 前記加熱板において前記半導体ウェハを加熱処理する前に、前記加熱板により前記半導体ウェハ相当物を加熱するときの温度を予め前記温度測定部により測定しておき、
   前記加熱板において前記半導体ウェハを加熱処理するときに、前記温度測定部による温度の測定結果に応じて、前記制御部により前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御しながら加熱処理を行う
   請求項１に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
6. 前記加熱板において前記半導体ウェハを加熱処理するときに、前記半導体ウェハの温度を前記温度測定部により測定し、前記温度測定部による温度の測定結果に応じて、前記制御部により前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御しながら加熱処理を行う
   請求項１に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
7. 半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する加熱板と、
   前記所定の温度に加熱処理された前記半導体ウェハを冷却する冷却板と、
   前記冷却板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定する温度測定部と、
   前記半導体ウェハの温度を制御する制御部と
   を有し、
   前記温度測定部による温度の測定結果に応じて前記制御部により前記半導体ウェハを冷却するときの温度を前記複数の領域毎に制御する
   半導体ウェハの熱処理装置。
8. 前記冷却板に、前記複数の領域に応じて分割されている冷却管が内蔵されており、
   前記制御部により個々の前記冷却管毎に温度制御して、前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御する
   請求項７に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
9. 前記冷却板に対向して複数の領域毎に冷却ガスを吹き出すガス吹き出し口が設けられており、
   前記制御部により個々の前記吹き出し口から前記半導体ウェハに吹き出される前記冷却ガスの流量を制御して、前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御する
   前記加熱板に対向して複数の領域毎に冷却ガスを吹き出すガス吹き出し口が設請求項７に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
10. 前記温度の測定結果に対して許容幅が設けられており、前記温度が前記許容幅内に収まるように前記制御部により前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御する
    請求項７に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
11. 前記冷却板において前記半導体ウェハを冷却する前に、前記冷却板により前記半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を予め前記温度測定部により測定しておき、
    前記冷却板において前記半導体ウェハを冷却するときに、前記温度測定部による温度の測定結果に応じて、前記制御部により前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御しながら冷却を行う
    請求項７に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
12. 前記冷却板において前記半導体ウェハを冷却するときに、前記半導体ウェハの温度を前記温度測定部により測定し、前記温度測定部による温度の測定結果に応じて、前記制御部により前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御しながら冷却を行う
    請求項７に記載の半導体ウェハの熱処理装置。
13. 半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する加熱板と、
    前記加熱板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物の温度を複数の領域に分割して測定する第１の温度測定部と、
    前記第１の温度測定部による温度の測定結果に応じて前記加熱板上における前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御する第１の制御部と、
    前記所定の温度に加熱処理された前記半導体ウェハを冷却する冷却板と、
    前記冷却板上に戴置された半導体ウェハまたは半導体ウェハ相当物の温度を複数の領域に分割して測定する第２の温度測定部と、
    前記第２の温度測定部による温度の測定結果に応じて前記冷却板上における前記半導体ウェハの温度を前記複数の領域毎に制御する第２の制御部と
    を有する半導体ウェハの熱処理装置。
14. 半導体ウェハを加熱処理する半導体ウェハの熱処理方法であって、
    加熱板上に半導体ウェハ相当物を戴置し、前記半導体ウェハ相当物を加熱するときの温度を複数の領域に分割して測定する工程と、
    前記加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記温度の測定結果に応じて前記半導体ウェハを加熱するときの温度を前記複数の領域毎に制御しながら前記半導体ウェハを加熱処理する工程と
    を有する半導体ウェハの熱処理方法。
15. 半導体ウェハを加熱処理する半導体ウェハの熱処理方法であって、
    加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを加熱するときの温度を複数の領域に分割して測定し、前記温度の測定結果に応じて前記半導体ウェハを加熱するときの温度を前記複数の領域毎に制御しながら前記半導体ウェハを加熱処理する
    半導体ウェハの熱処理方法。
16. 半導体ウェハを加熱処理した後に冷却する半導体ウェハの熱処理方法であって、
    冷却板上に所定の温度に加熱された半導体ウェハ相当物を戴置し、前記半導体ウェハ相当物を冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定する工程と、
    加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを前記所定の温度に加熱処理する工程と、
    前記冷却板上に前記所定の温度に加熱された半導体ウェハを戴置し、前記温度の測定結果に応じて前記半導体ウェハを冷却するときの温度を前記複数の領域毎に制御しながら前記半導体ウェハを冷却する工程と
    を有する半導体ウェハの熱処理方法。
17. 半導体ウェハを加熱処理した後に冷却する半導体ウェハの熱処理方法であって、
    加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを所定の温度に加熱処理する工程と、
    冷却板上に前記所定の温度に加熱された前記半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを冷却するときの温度を複数の領域に分割して測定し、前記温度の測定結果に応じて前記半導体ウェハを冷却するときの温度を前記複数の領域毎に制御しながら前記半導体ウェハを冷却する工程と
    を有する半導体ウェハの熱処理方法。
18. 半導体ウェハを加熱処理した後に冷却する半導体ウェハの熱処理方法であって、
    加熱板上に半導体ウェハを戴置し、前記半導体ウェハを領域毎に温度制御しながら加熱する工程と、
    前記加熱された半導体ウェハを冷却板上に戴置し、前記半導体ウェハを領域毎に温度制御しながら冷却する工程と
    を有する半導体ウェハの熱処理方法。
19. 前記半導体ウェハの各領域における温度の積分値が所定の許容値内に収まるように、前記加熱および冷却の際の温度制御が行われる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の半導体ウェハの熱処理方法。
20. 前記加熱における前記半導体ウェハの温度制御は、前記加熱板上に載置した半導体ウェハ相当物の各領域の温度の測定結果に基づいて行われる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の半導体ウェハの熱処理方法。
21. 前記冷却における前記半導体ウェハの温度制御は、前記冷却板上に載置した半導体ウェハ相当物の各領域の温度の測定結果に基づいて行われる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の半導体ウェハの熱処理方法。

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